Ανάλυση Ενσυρμάτων και Ασυρμάτων Δικτύων Καθοριζόμενων από Λογισμικό

Abstract

Το παρόν βιβλίο πραγματεύεται το αντικείμενο των Δικτύων Καθοριζόμενων από Λογισμικό (Software-Defined Networks - SDN), με έμφαση στην αναλυτική μοντελοποίησή τους. Τα SDN εισήγαγαν τον σαφή διαχωρισμό της λογικής ελέγχου ενός δικτύου από το υλικο-λογισμικό των δικτυακών συσκευών, καθώς και τον καλά ορισμένο κεντρικό έλεγχο. Ως εκ τούτου, αποτελούν πρόσφορο έδαφος για την αναλυτική προσέγγιση δικτυακών θεμάτων. Στη θεματολογία του βιβλίου εντάσσονται αναλυτικά και αλγοριθμικά θέματα που εισάγονται από τα SDNs και την καθαυτήν δομή και λειτουργία τους. Τέτοια είναι προβλήματα: κατανεμημένου συγχρονισμού, μετάβασης σε νέους κανόνες δρομολόγησης, δέσμευσης δικτυακών πόρων από ανεξάρτητες εφαρμογές SDN, ελέγχου πρόσβασης και δικτυακής ενσωμάτωσης, δρομολόγησης με σημεία ελέγχου και μερικού ελέγχου δικτύου. Έπειτα, η θεματολογία εξειδικεύεται στην αναλυτική μοντελοποίηση συγκεκριμένων ενσύρματων και ασύρματων δικτύων υπό SDN. Στην περίπτωση των ενσύρματων δικτύων, εξετάζονται τα συστήματα υποδομής τύπου SD-WAN (Software-Defined Wide Area Network) καλύπτοντας τις έννοιες της ανταγωνιστικής κατανομής πόρων, σταθερότητας δικτύου υπό Lyapunov, δικτυακών επιθέσεων τύπου link-flooding γενικευμένου τύπου (Crossfire) και αμυνών, και προσαρμοστικής λειτουργίας σε συνθήκες μεταβαλλόμενου δικτυακού φόρτου. Στην περίπτωση των ασύρματων δικτύων, εξετάζονται τα προγραμματιζόμενα ασύρματα περιβάλλοντα υπό SDN, που αξιοποιούν έξυπνες επιφάνειες για επίτευξη ελεγχόμενης διάδοσης ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων στον χώρο. Εισάγονται θέματα αναλυτικής μοντελοποίησης των δικτύων αυτών, και παρουσιάζονται προβλήματα: βέλτιστης ρύθμισής τους αναφορικά με ανάγκες πολλαπλών χρηστών, ελέγχου κινητικότητας, ασφάλειας φυσικού επιπέδου, αντιμετώπισης φαινομένων διαλείψεων και Doppler σε δίκτυα τύπου WiFi και mmWave. Τέλος, τόσο σε ενσύρματα, όσο και σε ασύρματα δίκτυα εξετάζεται η διεπαφή με τεχνικές μηχανικής μάθησης και έξυπνο δικτυακό εξοπλισμό κατά περίπτωση.

This book deals with the subject of Software-Defined Networks (SDN) with an emphasis on their analytical modelling. SDNs introduced the clear separation of a network's control logic from the hardware of network devices, as well as well-defined centralized control. Therefore, they are fertile ground for an analytical approach to network issues. The book's subject matter includes analytical and algorithmic topics introduced by SDNs and their very structure and operation. Such are problems of distributed synchronization, transition to new routing rules, network resource commitment by independent SDN applications, access control and network integration, routing with checkpoints and partial network control. Then, the topic is specialized in the analytical modelling of specific wired and wireless networks under SDN. In the case of wired networks, SD-WAN (Software-Defined Wide Area Network) infrastructure systems are examined covering the concepts of competitive resource allocation, Lyapunov network stability, generalized link-flooding (Crossfire) attacks and defences, and adaptive operation in changing network load conditions. In the case of wireless networks, programmable wireless environments under SDN are considered, which utilize intelligent (meta)surfaces to achieve controlled propagation of electromagnetic waves in a space. Issues of analytical modelling of these networks are introduced, and problems are addressed: their optimal regulation concerning the needs of multiple users, mobility control, physical level security, dealing with dropouts and Doppler effects in Wi-Fi and mm-Wave networks. Finally, in both wired and wireless networks, the book studies the interface with machine learning techniques and intelligent network equipment.